Автоматические и поточные линии сборки и сварки

Существенным недостатком роботов первого поколения является требование высокой точности сборки свариваемых деталей и их расположение в рабочем пространстве робота. В настоящее время создаются сварочные роботы второго поколения с системами обратной связи, с помощью которых рабочая программа и манипуляции робота будут автоматически корректироваться при изменении положения изделия или его отдельных элементов. Такие роботы, оборудованные специальными датчиками, смогут, например, обеспечить автоматический обход встречающихся на пути элементов зажимных приспособлений. Наряду с совершенствованием обычных промышленных роботов создаются роботы, действующие в экстремальных (сложных, труднодоступных, опасных для человека) условиях — в агрессивных средах, под водой, в космосе, при действии радиации.

Основная перспектива современного производства — полная автоматизация технологических процессов при возможности частого изменения номенклатуры производимых изделий. Для процессов сварки эти требования удовлетворяются с помощью сварочных робототехнических комплексов. Робототехнический комплекс включает в себя технические средства — датчики, дающие необходимую информацию, и системы ввода их сигналов в ЭВМ, программные средства — алгоритмы и реализующие их программы, позволяющие вычислять необходимые траекторию сварочной горелки и режимы сварки. В качестве ЭВМ робототехнических комплексов целесообразно использовать микропроцессорные системы. Подобные системы, имея небольшую стоимость, позволят осуществить сварку изделий разных размеров, конфигураций из различных материалов, причем автоматически выбирать режимы, которые являются наилучшими для реальных параметров свариваемого соединения.

Микропроцессорные системы или микро-ЭВМ строят из микропроцессоров-Микропроцессор — это универсальный программирующий элемент, представляющий большую интегральную схему, содержащий несколько тысяч транзисторов, со структурой, аналогичной структуре ЭВМ. Благодаря малым размерам и стоимости микропроцессорные системы могут встраиваться непосредственно в аппаратуру, что резко расширяет ее возможности. Микропроцессор с вспомогательными схемами образует процессорный модуль, к которому с помощью системных шин подключают периферийные модули.

Системные шины — набор соединительных проводников-линий, объединяющих выводы всех периферийных модулей. Системные шины делятся на три группы: шину данных, шину адресов и шину управления. Периферийными модулями могут быть запоминающие устройства, дисплеи, датчики и исполнительные механизмы. Работа микропроцессора заключается в обработке исходных данных по заданному алгоритму. Алгоритм — набор последовательно выполняемых команд по обработке исходных данных с целью получения требуемого результата. Каждый микропроцессор характеризуется определенной системой команд. Система команд — полный перечень элементарных действий, которые способен производить микропроцессор. Составляя программу из таких команд, можно запрограммировать выполнение алгоритма любой сложности при выполнении сварочных и других работ.

2. Поточные линии сборки и сварки

Поточная линия — комплекс оборудования, взаимно-вязанного и работающего согласованно с определенным заданным ритмом по единому технологическому процессу В сборочно-сварочные механизированные поточные линии входит оборудование для выполнения сборки, сварки, а иногда и операций подготовки металла, его раскроя, контроля готовой продукции и т. д.

Первая поточная линия с применением автоматической сварки под флюсом была создана в годы Великой Отечественной войны для производства корпусов танков Т-34.

По признаку механизации и автоматизации различают несколько типов поточных линий:

• с частичной механизацией, при которой используется ручная и полуавтоматическая сварка, а остальные процессы производственного цикла — раскрой металла, резка, сборка, окраска и др. — выполняются вручную;
• с комплексной механизацией, когда механизированы несколько операций, например, применяется механизированная резка и полуавтоматическая сварка;
• с частичной автоматизацией, при которой основные процессы (резка, сварка) автоматизированы, а остальные работы (сборка, контроль качества, окраска) выполняются с применением механизированного инструмента и приспособлений;
• с комплексной автоматизацией — автоматические линии.

Автоматические линии представляют собой комплекс машин, выполняющих в заданной технологической последовательности весь цикл операций по производству изделий, с общими для всей линии механизмами управления и автоматическими транспортными устройствами, перемещающими объект обработки от одной машины к другой. Примером автоматической линии могут служить сборочно-сварочные автоматические линии для производства сварных труб большого диаметра со спиральным швом, на которых с помощью автоматов под наблюдением небольшого количества операторов осуществляются все операции по изготовлению труб из стальной ленты.

В сварочном производстве используют сборочно-сварочные линии с различной степенью механизации и автоматизации оборудования и применяемой оснастки с учетом массовости, серийности и индивидуальности производства для многих видов сварных изделий — при сборке и сварке полотнищ, при изготовлении обечаек, труб, сосудов, балок, решетчатых и комплексных конструкций, сварных заготовок для деталей машин.

Мелкосерийное (единичное) производство сварных конструкций является наиболее распространенным в промышленности и строительстве. Эффективность мелкосерийного производства сварных конструкций повышают следующими путями:

• сосредоточением однотипных сварных конструкций (плоскостных, балочных, цилиндрических, решетчатых, рамочных, корпусных, сферических, конических и пр.) и созданием для их изготовления типовых участков. Это приближает мелкосерийное производство к серийному и создает условия для применения средств механизации и автоматизации;
• заменой ручной сварки механизированной и автоматической. В настоящее время около 70% всех швов в сварных конструкциях составляют короткие и угловые швы, поэтому основной путь механизации сварки таких швов — полуавтоматическая сварка в среде защитных газов. В случаях, где целесообразна автоматическая сварка, перспективно применение, наряду с обычными сварочными головками и тракторами, легких переносных тракторов и самоходных тележек к полуавтоматам для перемещения горелки во время сварки. Такие участки и цеха созданы на судостроительных заводах (для сборки и сварки полотнищ и приварки набора, изготовления тавровых профилей), на машиностроительных заводах и заводах металлоконструкций (для сборки и сварки балок и полотнищ);
• механизацией заготовительных операций. Созданы полуавтоматические линии для изготовления деталей из листового проката с применением газовой и плазменной резки почти на всех судостроительных заводах. Линии и участки холодной обработки листового проката, прокатных уголков, швеллеров, двутавров и труб созданы на многих машиностроительных заводах и предприятиях, изготовляющих металлические строительные конструкции;
• применением в раскройно-заготовительных отделениях заводов автоматизированных участков комплектации, в которых учет и выдача поступающих деталей, а также управление штабелерами и подъемно-транспортными устройствами осуществляется с помощью ЭВМ. Такие автоматизированные участки позволяют не только сократить число обслуживающего персонала, занятого комплектацией, но и обеспечить своевременное поступление деталей в сборочно-сварочные отделения. В этом случае детали хранят и подают на сборку в контейнерах и поддонах (в зависимости от размеров деталей), являющихся общей оснасткой раскройно-заготовительных и сборочно-сварочных отделений;
• путем расширения механизации вспомогательных операций. В раскройно-заготовительных и сборочно-сварочных отделениях, наряду с мостовыми кранами, применяют автономные грузоподъемные средства (консольные и полу портальные краны, кран-балки, поворотные консоли с тельферами и т. п.), оборудованные быстродействующими захватами и выносными пультами, обслуживаемыми не крановщиками и стропальщиками, а рабочими основного производства. При серийном изготовлении сварных конструкций сборочные и сварочные операции, как правило, выполняются на специализированных поточных линиях с отдельно расположенными рабочими местами, а при необходимости связанными между собой единой транспортной системой. Ритмичная работа таких линий обеспечивается за счет размещения накопителей и промежуточных складов между рабочими местами и линиями.

Особое место в серийном производстве занимают высокомеханизированные и автоматизированные переналаживаемые линии, предназначенные для изготовления определенных, но незначительно отличающихся по форме и размерам сварных конструкций. В таких линиях сборочные и сварочные установки переналаживаются за счет изменения положения основных узлов на станинах этих установок в период подготовки линии к изготовлению новой сварной конструкции. Оборудование переналаживаемых линий конструктивно не изменяется, поэтому основные узлы сборочных (базы, фиксаторы, прижимы и т. п.) и сварочных (автоматы, их рельсовые пути и т. п.) установок, а также вспомогательное оборудование для выполнения подъемно-транспортных операций и системы автоматизации этих линий могут быть высокопроизводительными и выполнять технологические операции с высоким уровнем механизации и автоматизации. Переналаживаемые линии имеются в краностроении, изготовлении корпусов электродвигателей, производстве полотнищ в судостроении, сварных двутавровых балок в строительстве. Но таких линий еще недостаточно, в связи с чем и в серийном производстве многие конструкции изготовляют с применением методов, характерных для мелкосерийного производства.

Крупносерийное производство сварных конструкций является специализированным и предназначается для изготовления определенной конструкции и входящих в нее узлов (например, сварных кузовов автомобилей различных марок, магистральных полувагонов, шахтных вагонеток, оконных переплетов и т. д.). В этом случае автоматические линии или агрегаты для изготовления сварных под узлов соединяют внутрицеховым транспортом с линией для изготовления из них узлов и далее с линиями общей сборки и сварки выпускаемой конструкции, а сами сварные конструкции изготовляют машины, которые управляются оператором. Такие линии имеются на многих автомобильных, тракторных и других заводах с крупносерийным производством.

Отличительной особенностью полностью автоматических сборочно-сварочных линий является то, что рабочие места этих линий соединяются между собой транспортной системой, которая по своей конструкции и работе увязана с основным и вспомогательным оборудованием рабочих мест. Связь между рабочими местами автоматических линий может быть жесткой, и гибкой. Гибкую связь на линиях обеспечивают за счет применения межоперационных накопителей деталей и узлов, что обеспечивает бесперебойную работу линии при отказе какого-либо элемента.

В крупносерийном производстве операции по сварке швов, расположенных во всех пространственных положениях, должны выполняться автоматами. Это могут быть автоматы для дуговой сварки, машины для контактной ь точечной дуговой сварки, промышленные роботы, а также различные сварочные устройства, в которых перемещение изделия осуществляется механическим оборудованием линии. В зависимости от требуемой производительности на одном рабочем месте линии вместо одного устанавливается несколько автоматически работающих сварочных аппаратов, одновременно сваривающих определенные швы или участки этих швов. В связи с большими возможностями промышленных роботов их можно эффективно использовать в качестве единого универсального оборудования, которое настраивается по определенной программе и предназначено для автоматической сварки различных по форме и размерам швов. Автоматизированные линии с роботами для сварки работают на ряде автомобильных заводов.

Автоматические линии могут быть созданы при условии автоматизации сборки изделий: Это достигается расчленением операций сборки, т. е. сборка выполняется не на одном рабочем месте, а на нескольких, как правило, с совмещением приварки устанавливаемой детали. В этом случае сварные конструкции изготовляют методом постепенного наращивания, и сборка превращается в простую и относительно легко выполняемую операцию.

При массовом производстве сварных конструкций наиболее целесообразно использовать подвесные толкающие конвейеры для обслуживания автоматических линий и агрегатов в заготовительных, сборочно-сварочных и отделочных отделениях. Применение подвесных конвейеров и автоматических линий и агрегатов в сочетании с управлением ими с помощью ЭВМ позволит в сварочном производстве перейти к созданию комплексных автоматизированных предприятий и заводов-автоматов.

Образцом комплексной механизации и автоматизации сварочного производства в крупносерийном производстве может служить изготовление узлов легкового автомобиля на ВАЗе. Сборку и сварку узлов автомобиля ведут на комплексно-механизированных и автоматизированных линиях. Крупные детали подаются на линии системой конвейеров, мелкие — в контейнерах автопогрузчиками. Узлы с одной позиции на другую передаются автоматическими транспортерами. В конце каждой автоматической линии имеются посты перегрузки, с которых с помощью подвесного конвейера узел передают на следующую автоматическую линию или на место складирования межоперационных заделов. Высокая производительность труда достигнута за счет применения быстродействующих машин и механизмов, безотказной работы всего оборудования и четкой организации обслуживания. Сварочные машины имеют быстродействующие разъемы для снабжения их электроэнергией, сжатым воздухом, водой. Переналадку, ремонт, замену оснастки ведут в нерабочее время или с минимальными потерями рабочего времени. Почти 40% от общего числа сварных точек автомобиля на этом заводе выполняется на многоэлектродных машинах. Сборку и сварку основных узлов кузова (крыши, боковин, пола, передних крыльев и дверей) ведут на комплексно-механизированных и автоматизированных линиях, состоящих из многоэлектродных машин.

Основной тип многоэлектродных машин — прессы со съемными сварочными штампами. Сварочные штампы для части переналаживаемых машин располагаются на запасной позиции загрузочных направляющих и их можно установить в рабочее положение за несколько минут. Универсальные сварочные машины укомплектованы быстросъемными легкодоступными устройствами.

Дуговой полуавтоматической и автоматической сваркой на ВАЗе выполняется 75% всех швов. Устройство автоматических дуговых сварочных установок также предусматривает быструю смену отдельных частей.